外源H2O2處理對(duì)兩種小麥葉綠素?zé)晒夂腿~綠素的影響

盧金 黃家鈿 王艷芳 楊穎麗

摘要[目的]研究不同濃度H2O2處理對(duì)2種小麥幼苗葉綠素?zé)晒夂腿~綠素的影響。[方法]以小麥品種寧春四號(hào)和西旱二號(hào)幼苗為材料，采用室內(nèi)水培試驗(yàn)。[結(jié)果]對(duì)于寧春四號(hào)，200 μmol/L H2O2處理使得初始熒光（F0）、最大熒光（Fm）、PSⅡ處調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量Y（NPQ）、光化學(xué)淬滅（qP）和非光化學(xué)淬滅（NPQ）明顯低于對(duì)照；不同濃度的H2O2處理使得幼苗葉片葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）和葉綠素總量均顯著降低。50、100和200 μmol/L H2O2處理下西旱二號(hào)幼苗葉片Chla含量和F0顯著降低，PSⅡ的最大量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、實(shí)際光化學(xué)反應(yīng)效率（Y（Π））、電子傳遞速率（ETR）、qP和NPQ均增大，而Chlb和葉綠素總量無顯著變化。[結(jié)論]與寧春4號(hào)相比，外源H2O2脅迫使西旱2號(hào)小麥幼苗葉片PSⅡ反應(yīng)系統(tǒng)更開放，光合機(jī)構(gòu)的損傷較嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞過氧化氫；葉綠素；葉綠素?zé)晒?/p>

中圖分類號(hào)Q945.68文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）01-00009-03

基金項(xiàng)目甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（1010RJZA027）。

作者簡(jiǎn)介盧金（1986-），女，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向：植物抗逆境生態(tài)。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事植物逆境生理生態(tài)方面的研究，Email：yangyingli2006@sohu.com。

收稿日期20131029逆境造成植物氧化脅迫，一方面葉綠素吸收過量光能后，葉綠體內(nèi)活性氧的增加對(duì)光合機(jī)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，成為植物發(fā)生光抑制的主要原因；另一方面光合機(jī)構(gòu)又能通過活性氧的產(chǎn)生和分解調(diào)節(jié)光能的利用[1]。逆境還可使得植物葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，抑制葉綠素生物合成、PSⅡ反應(yīng)中心和電子傳遞，活性氧清除酶和與碳固定相關(guān)酶活性降低、葉片衰老加快、有機(jī)物向外運(yùn)輸受阻等一系列生理代謝紊亂，減少生物量積累，從而降低植物的光合能力[2-4]。隨著過氧化氫（H2O2）處理濃度的增加，PSⅠ、PSⅡ和全電子鏈電子傳遞活性下降，其中對(duì)PSⅡ的影響較大；H2O2處理導(dǎo)致PSⅡ活性反應(yīng)中心電子數(shù)目先增加后減少；H2O2處理使得PSⅡ供體側(cè)和受體側(cè)電子傳遞活性都下降，其中受體側(cè)電子傳遞活性的下降更加迅速，PSⅡ反應(yīng)系統(tǒng)作用對(duì)H2O2更為敏感[5]。

植物對(duì)逆境脅迫的主要反應(yīng)之一是H2O2積累，而過量的H2O2會(huì)造成膜質(zhì)過氧化，破壞生物大分子，從而對(duì)植物產(chǎn)生損害作用[6]。同時(shí)，H2O2可作為信號(hào)分子在植物對(duì)逆境脅迫引起的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用[7]。有研究表明，由外源H2O2直接使用所引起強(qiáng)的氧化損害對(duì)植物體是致命的[8]，但H2O2脅迫能提高小麥幼苗的抗氧化能力，增強(qiáng)其抗旱性[9]。筆者以抗旱性不同的2種小麥為材料，研究外源H2O2處理對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)和葉綠素的影響，為探明H2O2脅迫對(duì)植物的傷害機(jī)理和深入了解小麥抗活性氧脅迫的生理生態(tài)機(jī)制提供資料。

1 材料與方法

1.1植物材料及其培養(yǎng)試驗(yàn)用小麥品種為寧春四號(hào)和西旱二號(hào)。種子用濃度0.1% HgCl2表面消毒10 min，流水沖洗12 h，暗萌發(fā)24 h后選擇萌發(fā)較好的種子進(jìn)行幼苗培育，幼苗在（24±0.5）℃、12 h/12 h（光照/黑暗）和300 μmol/（m2·s）光照強(qiáng)度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。從暗萌發(fā)開始用0、25、50、100和200 μmol/L的H2O2脅迫處理6 d后，取葉片檢測(cè)相關(guān)生理指標(biāo)。

1.2生理指標(biāo)的測(cè)定

1.2.1 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定。 葉綠素?zé)晒鈪y(cè)定采用便攜式脈沖調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（PAM2500，Walz），參照Ralph[10]方法。在脅迫處理后6 d，選取倒數(shù)第4片葉測(cè)量熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，測(cè)定時(shí)間為9：00～11：00。先將葉片暗適應(yīng)30 min，獲得最小熒光（Minimal fluorescence，F(xiàn)0）和最大熒光（Maximal fluorescence，F(xiàn)m）。從熒光動(dòng)力學(xué)曲線中解析出以下熒光參數(shù)：最大量子產(chǎn)量（The maximum quantum yield of PSⅡ photochemistry，F(xiàn)v/Fm）、PSII的實(shí)際光合量子產(chǎn)量（Actual or Effective quantum yield，Y（II））、調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量（Quantum yield of regulated energy dissipation，Y（NPQ））、非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量（Quantum yield of nonregulated energy dissipation，Y（NO））、表觀光合電子傳遞速率（Electron transport rate，ETR）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（Photochemical quenching，qP）和非光化學(xué)淬滅（Nonphotochemical quenching，NPQ）。

1.2.2 葉綠素含量。葉綠素含量的測(cè)定采用Lichtenthaler[11]的方法。取0.5 g小麥葉片，用濃度95%乙醇抽提，離心（10 000×g，10 min），取上清液用分光光度計(jì)測(cè)定663和646 nm處的光吸收值，葉綠素含量的單位為mg/g。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)重復(fù)3次，每樣均重復(fù)測(cè)定3次，取平均值，數(shù)據(jù)以x±s表示。采用SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用Duncan方法進(jìn)行單因素方差分析，并輸入Excel表格進(jìn)行圖表處理。

2結(jié)果與分析

2.1小麥幼幼苗葉片F(xiàn)0、Fm和Fv/FmF0和Fm分別表示暗適應(yīng)樣品的最大和最小熒光。當(dāng)所有反應(yīng)中心處于開放時(shí)得到F0，當(dāng)均處于關(guān)閉態(tài)時(shí)得到Fm。Fv/Fm是PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映植物潛在最大光合能力。由表1可知，100和200 μmol/L H2O2處理使得寧春四號(hào)小麥幼苗葉片中F0和Fm在0.05水平顯著降低，200 μmol/L H2O2處理使得Fv/Fm降為對(duì)照的97%，差異在0.05水平顯著。對(duì)于西旱二號(hào)小麥，H2O2處理使得F0分別降為對(duì)照的83%、65%和92%；50和200 μmol/L H2O2處理時(shí)Fm與對(duì)照無顯著性變化，100 μmol/L H2O2處理使得Fm與對(duì)照相比降低36%；50、100和200 μmol/L H2O2處理使得Fv/Fm顯著增加，約增加對(duì)照的102%。

2.2小麥幼苗葉片Y（Π）、Y（NPQ）、Y（NO）和ETR由圖1A可知，200 μmol/L H2O2處理下寧春四號(hào)Y（Π）增加為對(duì)照的1.75倍，差異在0.05水平顯著，其他濃度處理無明顯變化；50、100和200 μmol/L H2O2處理下西旱二號(hào)Y（Π）分別在0.05水平顯著增加為對(duì)照的161%、186%和171%。

2.3小麥幼幼苗葉片qP和NPQ由圖2A可知，對(duì)于寧春四號(hào)小麥，與對(duì)照相比，50和100 μmol/L H2O2處理下qP沒有明顯變化，而200 μmol/L H2O2下qP分別增加為0.157和0.082，差異達(dá)到0.05顯著水平。與對(duì)照相比，在處理下西旱二號(hào)qP在0.05水平顯著增加，如100 μmol/L H2O2處理下qP分別增加為對(duì)照的1.74和1.87倍。

3討論

3.1 外源H2O2處理對(duì)小麥幼苗葉片F(xiàn)0、Fm和Fv/Fm的影響F0是零水平熒光，是PSⅡ反應(yīng)中心處于完全開放時(shí)的熒光產(chǎn)量，與葉片葉綠素濃度有關(guān)；Fm為暗適應(yīng)樣品的最小熒光，當(dāng)所有反應(yīng)中心均處于關(guān)閉態(tài)時(shí)得到Fm，可反映通過PSⅡ的電子傳遞情況[12]。暗適應(yīng)后測(cè)量的Fv/Fm反映植物PSⅡ的潛在最大光合能力，一般植物處于不良環(huán)境時(shí)會(huì)導(dǎo)致Fv/Fm降低。試驗(yàn)中，高濃度（100和200 μmol/L）H2O2處理使得2種小麥幼苗葉片F(xiàn)0和Fm均降低，寧春四號(hào)只有在200 μmol/L H2O2處理下誘導(dǎo)幼苗葉片F(xiàn)v/Fm降低，但對(duì)西旱二號(hào)幼苗來說，不同濃度H2O2處理使得Fv/Fm明顯高于對(duì)照。這些結(jié)果表明H2O2脅迫使得2種小麥幼苗葉片PSⅡ的熱耗散增加，PSⅡ反應(yīng)中心沒有被破壞，PSⅡ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量降低，PSⅡ的電子傳遞減少，這與Liang等[13]的研究相一致；同時(shí)，H2O2處理使得西旱PSⅡ原初轉(zhuǎn)換效率能力提高，植物光合能力增強(qiáng)[14]。

3.2外源H2O2處理對(duì)小麥幼幼苗葉片Y（Π）、Y（NPQ）、Y（NO）和ETR的影響Y（NPQ）是光保護(hù)的重要指標(biāo)，Y（NO）是光損傷的重要指標(biāo)。Y（Π）反映PSⅡ反應(yīng)中心在有部分關(guān)閉情況下實(shí)際原初光能捕獲效率。ETR反映葉片用于光合電子傳遞的能量占所吸收能量的比例，是PSⅡ反應(yīng)中心關(guān)閉時(shí)的效率[15]。逆境脅迫使得垂序商陸葉片Y（Π）和ETR下降，PSⅡ光合反應(yīng)中心實(shí)際量子產(chǎn)量下降[13]。試驗(yàn)中，寧春四號(hào)100和200 μmol/L外源H2O2處理誘導(dǎo)葉片Y（NPQ）降低，Y（NO）升高，只有200 μmol/L H2O2使得寧春四號(hào)幼苗葉片中Y（Π）和ETR增加。但是，對(duì)于西旱二號(hào)幼苗，100 μmol/L處理使得Y（NPQ）降低，200 μmol/L處理使得Y（NO）降低，其他的無顯著影響，H2O2脅迫均使其幼苗葉片Y（Π）和ETR明顯升高。由此可知，在H2O2脅迫下寧春幼苗葉片光損傷較顯著，對(duì)實(shí)際原初光能捕獲能力降低，所吸收光能中用于光和電子傳遞的能量比例降低；西旱二號(hào)卻表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐氧化脅迫的能力，PSⅡ光合反應(yīng)中心實(shí)際量子產(chǎn)量也在逐步升高。

3.3外源H2O2處理對(duì)小麥幼幼苗葉片qP和NPQ的影響qP反映PSⅡ天線色素捕獲光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額，在一定程度上反映PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度[16]。NPQ反映葉片PSⅡ反應(yīng)中心天線色吸收的光能不能用于光合電子傳遞鏈而以熱耗散的形式散失的部分。熱耗散可以防御光